CC BY
105
ТЕХНОЛОГИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОГО ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ
ВОДЫ
Долгих Павел Павлович к.т.н., доцент кафедры агроинженерии Ачинский филиал Красноярского государственного
аграрного университета Россия, город Ачинск
Аннотация: в статье рассмотрен вопрос технологии дезинфекции воды с помощью ультрафиолетового излучения. Рассматривается новая УФ-установка для поения животных, принцип ее работы.
Ключевые слова: Ультрафиолетовое обеззараживание воды, методы дезинфекции, бактерицидный поток, бактерицидная установка.
Технология дезинфекции с помощью ультрафиолетового излучения принята во всем мире в качестве надежного и безопасного способа обеззараживания воды. Ультрафиолетовое обеззараживание воды - сегодня это один из самых эффективных методов дезинфекции, который доказал свою высокую надежность в процессе дезактивации вредоносных бактерий и микроорганизмов, которые, ко всему прочему, способствуют ухудшению вкуса воды [5].
Очистка воды подразумевает широкий спектр технологических процессов. Первая стадия - очистка воды от механических примесей, песка и ржавчины. Вторая стадия - очистка воды от нерастворенного, а далее от растворенного железа и железобактерий. Третья стадия - очистка воды от солей, карбонатной и некарбонатной жесткости. Четвертая стадия, как правило, это - очистка воды путем обеззараживания воды ультрафильтрационными системами или путем дозации обеззараживающими реагентами
с последующим удалением осадка путем адсорбции на угольных фильтрах воды [5].
Если сравнивать ультрафиолетовое обеззараживание воды с другими популярными методами дезинфекции, такими как озонирование, хлорирование, то его безусловным преимуществом является то, что при такой обработке воды не только обезвреживаются от всех вредоносных бактерии, но и не образуются новые микробы. При хлорировании на практике эффективность обеззараживания в ряде случаев пытаются обеспечить за счет увеличения доз хлора до больших значений, чем требуется по нормам. Однако и такие меры зачастую не обеспечивают необходимой степени инактивации вирусов и простейших, а подача первичного хлора в чрезмерно больших количествах является причиной возникновения хлорсодержащих органических соединений, что пагубно влияет на здоровье, как человека, так и животного. А метод озонирования в отличие от хлорирования технически сложен и для его реализации необходимо выполнение ряда последовательных технологических операций. Так же озон - токсичный газ, поэтому любое его использование требует тщательного контроля техники безопасности [4, 5].
Сравнив три наиболее распространенных метода, мы пришли к выводу, что наиболее безопасным, эффективным, компактным и универсальным методом является обеззараживание воды ультрафиолетовым излучением.
Чтобы выбрать нужную лампу надо рассчитать бактерицидный поток, который необходим для обеззараживания 1000 литров воды. Существует 2 метода расчета бактерицидной установки: по бактерицидному потоку и по количеству обеззараживаемой воды. В данном случае имеется 1000 литров воды, которые необходимо обеззаразить. Поэтому применяем методику расчета бактерицидной установки путем нахождения бактерицидного потока.
Рассчитываем необходимый бактерицидный поток:
фб = • а • • ^ Б° у (1563,4 • • (1)
3
где Q - количество воды, облучаемой в единицу времени (Q=1 м /ч); а
- коэффициент поглощения воды (а=0,15); К6 - коэффициент сопротивле-
2
ния бактерий, находящихся в воде (K6 =2450 мкбс/см ); Б - допустимое поле обеззараживания количество бактерий в 1 л воды (Б=1); Б0 - количество бактерий в 1 л воды перед началом обработки (Б0=1000); % - коэффициент использования потока лампы; цв - коэффициент ослабления бактерицидного потока в слое воды (цв =0,9) [1].
л •(360-а°Тр)/ (2)
^и _ аотр + Ps / 360,
где аотр - центральный угол в градусах между прямыми соединениями источника и ближайшей прямой отражателя (аотр = 130°); ps - коэффициент отражения бактерицидного потока поверхностью отражателя установки (р5 =0,27) [1].
1. _ 130 + 0,27 • (360 - 130)/360 _ 0,53
2. Ф _ —1 • 0 15 • 2450 •l0g( /1000)/ _ л 470 б
Фб_ 1 0,15 2450 /(1563,4 • 0,53 • 0,9) _ 1,4706
Опираясь на уже известные конструкции, нами была вновь разработана установка для группового поения крупно-рогатого скота привязного содержания на животноводческих фермах и комплексах.
Предполагается, что разработанная бактерицидная установка устанавливается в систему водоснабжения коровника или уже на существующую систему сельско-хозяйственных предприятий или комплексов [6].
Система водоснабжения коровника предусматривает обеззараживание воды УФ-излучением, непосредственно перед поением животного.
а)
б)
Рисунок 1 - Схема водоподготовки воды: а) - технологическая схема; б) - схема поильной чаши: 1 - насос; 2 - электродвигатель; 3 - водогрейный котел; 4 - УФ-установка; 5 - трубопровод с водопроводной водой; 6 - датчик расхода воды; 7 - трубопровод с обеззараженной водой; 8 - поильные чаши; 9 -датчик давления; 10 - подающий трубопровод; 11 - шкаф управления; 12 -крышка; 13 - пружинные заслонки; 14 - поплавок; 15 - клапан.
Установка содержит насос 1 с электродвигатель 2. Подогрев воды осуществляется водогрейным котлом 3, автоматизация управления которым происходит по сигналу с датчиков температуры ВК1 и ВК2. Обезза-
раживание воды осуществляется с помощью УФ-установки 4, установленной на трубопроводе 5 с водопроводной водой.
Здесь также установлен датчик расхода воды 6. Система содержит трубопровод 7 с обеззараженной водой, к которому присоединены поильные чаши 8 с датчиком давления 9. Вода подается в систему из артезианской скважины по подающему трубопроводу 10. Управление системой осуществляется с помощью аппаратуры шкафа управления 11 (рисунок 1а).
Система работает следующим образом. Вода из подающего трубопровода 10 подает в водогрейный котел 3, где она подогревается до температуры 16-18 °С и подается на трубопровод 5 с водопроводной подогретой водой с помощью насоса 1 с электродвигателем 2 в УФ-установку 4. По трубопроводу 7 обеззараженная вода поступает в поильные чаши 8 (рисунок 1 б).
Животное, опуская морду в отверстие крышки 12, открывает заслонки 13 вниз и потребляет воду из поильной чаши 8. При этом поплавок
14 отклоняется в сторону и открывает клапан 15. По трубопроводу 7 обеззараженная вода попадает в поильную чашу 8 (рисунок 1 б).
Регулировка производительностью системы осуществляется при помощи датчика давления 9, который дает сигнал на электродвигатель 2 насоса 1, тем самым происходит регулирование объема воды в трубопроводе 5 с водопроводной водой. На трубопроводе 5 установлен датчик расхода воды, при помощи которого осуществляется регулирование режимов работы УФ-установки.
УФ-установка содержит: три бактерицидные лампы 1, мощностью
15 Вт каждая, с общим бактерицидным потоком 6000 мбк, которые находятся в кварцевом чехле; корпус из нержавеющей стали 3; входного 4 и выходного 2 патрубков (см. рисунок 2). Общая производительность УФ-установки составляет 3м3/ч, потребляемая мощность равна 47,7 Вт.
Рисунок 2 - Бактерицидная установка
1 - бактерицидные лампы; 2 - выходной патрубок; 3 - корпус из нержавеющей стали; 4 - входной патрубок.
Также бактерицидная установка предусматривает очистку кварцевых чехлов, не вынимая их из камеры обеззараживания, т.к. в процессе их работы накапливаются отложения органического и минерального происхождения на внутренней поверхности бактерицидной лампы.
На практике применяются специальные системы очистки двух типов: механическая и химическая. В первом случае специальная муфта из фторопласта, приводимая в движение специальным механизмом и плотно облегающая кварцевый чехол, периодически скользит по нему. Ее основным недостатком является низкая надежность и небольшая долговечность.
Химическая очистка является простым и эффективным методом. Она осуществляется путем циркуляции через установку воды с добавлением небольших доз пищевых кислот при помощи промывочного насоса.
Бактерицидная установка работает в трех режимах.
• Одна лампа обеззараживает воду для трех поильных чаш одновременно при бактерицидном потоке 2000 мбк;
• Две лампы обеззараживают воду для шести поильных чаш одновременно при бактерицидном потоке 4000 мбк;
• Три лампы обеззараживают воду для девяти поильных чаш одновременно при бактерицидном потоке 6000 мбк.
Рисунок 3 - Схема работы УФ-установки в режиме 1: 1 - насос; 2 - электродвигатель; 3 - водогрейный котел; 4 - УФ-установка с тремя бактерицидными лампами; 5 - трубопровод с подогретой водой из водопровода; 6 - датчик расхода воды; 7 - трубопровод с подогретой обеззараженной водой; 8 - поильные чаши; 9 - датчик давления; 10 - подающий трубопровод с водой из водопровода; 11 - шкаф управления; 12 - обратный трубопровод с остывшей обеззараженной водой.
При воздействии животных от 1 до 3 поильных чаш одновременно включается одна бактерицидная лампа с бактерицидным потоком 2000 мбк, которая обеспечивает максимально эффективный режим обеззараживания. По результатам проведенных лабораторных исследований выяснили, что для получения максимального эффекта время обработки составляет 12 секунд, обеспечивая производительность 50 л/мин. По нормам, на одну корову приходится от 70 литров воды летом и от 100 литров воды зимой. За одну минуту корова выпивает примерно 8 литров воды. Исходя
из этого, получается, что данная установка с производительностью 50 л/мин. обеспечивает необходимое количество обеззараженной воды для 3 коров одновременно.
Рисунок 4 - Схема работы УФ-установки в режиме 2 Благодаря датчикам давления и расхода воды обеспечивается регулировка объема обеззараживаемой воды. Режим 1 работает не зависимо от последовательности воздействия животными на поильные чаши, т.е. животные могут воздействовать на три поилки одновременно или по очередности, не зависимо были это три первых поильных чаши или три последних.
Второй режим начинает работать, тогда когда происходит воздействие сразу на 4 или 6 поильных чаш одновременно. При помощи датчика расхода воды подается сигнал на УФ-установку и загорается вторая лампа. Известно, что газоразрядные лампы низкого давления выходят на рабочие характеристики практически мгновенно, поэтому для реализации данного режима не нужно, чтобы вторая лампа находилась в режиме ожидания. Во втором режиме производительность установки увеличивается в два раза и будет составлять около 100 л/мин.
Режим 2 работает также не зависимо от последовательности воздействия животными на четыре или шесть поилок одновременно, или через какой-либо промежуток времени.
Рисунок 5 - Схема работы УФ-установки в режиме 3
Режим 3 включается, тогда когда животные воздействуют на 6 или 9 поилок одновременно. Для обеспечения максимального эффекта при таком режиме включается третья бактерицидная лампа. Соответственно увеличивается производительность. 150 л/мин достаточно для поения 9 коров.
Возникает проблема перерасхода воды, так как производительность УФ-установки во всех трех режимах превышает необходимое количество обеззараженной воды для поения от одной до девяти коров. Для ее решения устанавливаем насос с регулируемым рабочим объемом. Благодаря чему возможно предотвращение перерасхода воды.
Данный метод очистки воды основывается на облучении ультрафиолетовым излучением микроорганизмов, которые находятся в воде. Причем, УФ-лучам задается определенная интенсивность в течение установленного
периода времени. Таким образом, ультрафиолетовое обеззараживание воды буквально стерилизует бактерии и прочие микроорганизмы, вследствие чего, они теряют способность к воспроизводству.
Достоинство предлагаемой поилки в том, что вода обеззараживается непосредственно перед поением, тем самым возможность заражения животного какими либо вирусами и простейшими снижается на 98%. А так же, как было уже сказано, не зависимо от дозы облучения при обеззараживании вода не меняет своих вкусовых качеств и не создает никаких побочных продуктов окисления [2].
Принятое решение по совершенствованию качества питьевой воды, применению новых обеззараживающих установок в водоснабжение экономически обуславливается показателями сравнительной экономической эффективности капитальных вложений.
Список литературы:
1. Баев В.И. Практикум по электрическому освещению и облучению. - М.: Агропромиздат, 1991. - 175 с.
2. Соколов В. Ф. Обеззараживание воды бактерицидными лучами. - М.: Стройиздат, 1964.
3. Шахназаров А.Г. и др. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов и их отбору для финансирования. М.: Теринвест, 1994.
4. Санитарно-эпидемиологические требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения. Санитарная охрана источников: санитарно-эпидемиологические правила СанПиН 2.1.4.1175-02: утверждены Главным государственным санитарным врачом РФ 12 нояб. 2002 г. // http: //www. mhts. ru
5. http://www.mfopool.ru/obrabotka-vodi/obezzarazhivame-vodi-uf-oblucheniem. html
6. Патент РФ №150375, МКИ7 A01K1/00. Устройство для автопоения животных / Долгих П.П., Кабанова Ю.Л. Заяв. 08.07.14. Опубл. 20.02.15. Бюл. №2.
